F-θ物鏡II的製作方法

2023-04-23 20:37:56 1

專利名稱：F-θ物鏡II的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可用於雷射材料加工的掃描設備的F- Θ物鏡。
背景技術：
一種用於將入射的雷射束聚焦到一個平面的像場中的F-θ物鏡，該雷射束在一個相對於該F-θ物鏡的光軸夾角為+/-Θ的掃描角度區域掃描，其中，在這個掃描角度區域裡，掃描角度與在該像場中雷射束入射點到光軸距離的比率遵循一個線性函數。也就是說，以一個恆定角速度進行掃描的雷射束在該像場中形成了一個以恆定速度移動的焦點。在此，這個焦點的尺寸在該像場中的每個位置都應是恆定不變的。這個焦點的尺寸是由雷射材料加工的目的(例如寫入、去除塗覆層或者切割)來決定的。由於雷射束的、與波長相關的折射，當雷射束穿過F-θ物鏡時，為了獲得高的焦點質量，將這些F- Θ物鏡校準至所用加工雷射束的波長，也就是說對這種物鏡進行計算使得:對於在預先設定的波長和預先設定的雷射束直徑、在可允許的溫度容差範圍內的一個預先設定尺寸的像場來說，這種物鏡不具有或者僅具有輕微的光學偏差，這種光學偏差會導致焦點尺寸明顯的改變。特別是在雷射材料加工的應用中，F-θ物鏡具有一個大像場以及一個大的總焦距。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用於大功率雷射的F-θ物鏡，該F-θ物鏡具有1064nm的波長以及230至270mm優選為255mm的總焦距，使得雷射輻射在沒有回反射的情況下能夠成像。上述目的通過具有權利要求1的這些特徵的F- Θ物鏡而實現。在從屬權利要求中描述了多個有利的實施方案。本實用新型將通過以下以及參閱附圖來進行更詳細的說明。

圖1示出了根據本實用新型的一個物鏡的幾何光學圖。
具體實施方式
根據本實用新型的F- Θ物鏡具有設置在該F- Θ物鏡上遊一定距離處的一個入射光瞳(Eintrittspupile)EP,該入射光瞳可設置在一個平面中，其中(或者,如果使用了兩個掃描器反射鏡，則是在對其計算出的一個替代平面中)定位了 一個掃描器反射鏡；並且該F-θ物鏡包括四個獨立的透鏡L1到L4，它們被設置在同一光軸A上。這四個獨立的透鏡L1到L4被配置形成一個「負-正-正-正」的透鏡序列。也就是說前兩個獨立的透鏡L1至L2具有負焦距，而後兩個獨立的透鏡L3至L4具有正焦距。[0011]此處的第一透鏡L1為一個雙凹透鏡，第二透鏡L2為一個凹凸透鏡，第三透鏡L3為一個平凸透鏡，第四透鏡L4為一個雙凸透鏡。這四個獨立的透鏡的焦距滿足下列要求:第一透鏡L1的焦距與總焦距f的焦距比為:-0.6<f1/f<-0.4。第二透鏡L2的焦距f2與總焦距f的焦距比為:+7.5<f2/f<+9.0。第三透鏡L3的焦距f3與總焦距f的焦距比為:+0.7〈f3/f〈+0.9。第四透鏡L4的焦距f4與總焦距f的焦距比為:+0.9〈f4/f〈+l.0。可將一種防護玻璃(Schutzglas) SG設置於這些獨立的透鏡L1到L4的下遊。通過根據本實用新型的F- Θ物鏡，具有四個獨立的石英玻璃透鏡L1到L4，所實現的有益效果是:該F- Θ物鏡具有一個在230至270mm範圍內的總焦距，這個總焦距適用於大功率雷射並且對1064mm的波長進行了校準。該F-Θ物鏡的多個參數被設置為，使得在透鏡L1至L4的光學活性表面和防護玻璃SG (如果適合的話)上產生的回反射並未在透鏡L1至L4的表面或者設置在入射光瞳EP周圍的反射鏡上聚焦。這種F-θ物鏡的一個示例性實施方案的具體結構和參數說明如下。這個F- Θ物鏡的入射光瞳EP被定位於第一透鏡L1 (具有厚度d2的一個雙凹透鏡)的前頂點前方的一個距離Cl1處，第一透鏡前表面的半徑為，並且後表面的半徑為r2。這個第一透鏡L1後設有第二透鏡L2 (具有厚度d4的一個負凹凸透鏡)，兩者之間有一個空隙d3，第二透鏡前表面的半徑為r3，並且後表面的半徑為r4。第二透鏡L2之後是第三透鏡L3 (具有厚度d6的一個平凸透鏡)，與前一透鏡之間具有空隙d5，第三透鏡前表面的半徑為r5，並且後表面的半徑為r6。此後是第四透鏡L4 (具有厚度d8的一個雙凸透鏡)，與前一透鏡之間具有空隙d7，第四透鏡前表面的半徑為r7，並且後表面的半徑為r8。此後是一個成平行面的防護玻璃SG (其厚度為d1(l)，與前一透鏡之間具有空隙d9。像場BE在距防護玻璃SG的一個距離dn處產生。具有折光率η的石英玻璃被選作為所有獨立的透鏡L1至L4和防護玻璃SG的材料。在下表中給出這些獨立的透鏡L1到L4的半徑以及它們的厚度和距離d。
權利要求1.一種F-θ物鏡，其特徵在於，所述F-θ物鏡包括四個獨立的透鏡，其中一個第一獨立的透鏡L1為一個具有焦距的雙凹透鏡,一個第二獨立的透鏡L2為一個具有焦距f2的凹凸透鏡，一個第三獨立的透鏡L3為一個具有焦距f3的平凸透鏡，以及一個第四獨立的透鏡L4為一個具有焦距f4的雙凸透鏡，並且所述F- Θ物鏡的總焦距為f ;其中焦距至f4與總焦距f的比率滿足下列條件:-0.6<f1/ -0.4 ； +7.5<f2/f<+9.0 ； +0.7<f3/f<+0.9 ；+0.9<f4/f<+l.0。
2.如權利要求1所述的F-Θ物鏡，其特徵在於，Vf=-0.48，f2/f=+8.25，f3/f=+0.81，f4/f=+l.07。
3.如權利要求2所述的F-θ物鏡，其特徵在於，所述F-θ物鏡的入射光瞳EP被置於距所述第一獨立的透鏡L1前方的距離Cl1為38.0mm處。
專利摘要本實用新型涉及一種可用於雷射材料加工的掃描設備的F-θ物鏡。這些透鏡L1至L4與其之間的空隙d3、d5、d7的相繼連接的設置形成了255mm的總焦距f。該F-θ物鏡對於1064nm的波長進行校準。
文檔編號G02B13/00GK203025409SQ20122073490
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年3月21日
發明者約格·翁德裡希, 烏爾裡希·克魯格 申請人:業納光學系統有限公司